无损检测仪器-超声测厚仪

无损检测仪器

超声测厚仪

共振式测厚仪

原理

1. 超声波垂直入射到平板工件底面，全反射。
2. 当工件厚度为 $ \frac{\lambda}{2} $ 的整数倍时，反射波与入射波互相叠加，形成驻波，产生共振

$$ \delta = \frac{c}{2(f_n - f_{n-1})} $$

• $ \delta $，厚度
• $ c $，波速
• $ f_n $， 第 n 次共振频率

测厚方法

1. 当超声波在工件中产生共振时，探头负载阻抗减小，通过电流表的板极电流达到极大值，这时的频率为共振频率。
2. 再次调节电容，改变频率，测出相邻的另一共振频率

优点

1. 可测厚度下限小，最小可达 0.1 mm
2. 测试精度较高，可达 0.1%

缺点

1. 需要公式计算
2. 要求被测工件上下表面平整光洁

脉冲反射式测厚仪

原理

1. 通过测量超声波在工件上下底面之间往返一次传播的时间

$$ \delta = \frac{1}{2}ct $$

• $ \delta $，厚度
• $ c $，波速
• $ t $，超声波在工件中往返一次传播的时间

测量往返时间方法

1. 测量发射脉冲与第一次底波之间的时间
   • 宽度大，盲区大
   • 成本低
2. 测量任意两次相邻底波之间的时间
   • 宽度窄，盲区小，测量下限小
   • 成本高

兰姆波测厚仪

原理

1. 根据探头的入射角或频率来测定工件的厚度
2. 适用于小直径薄壁测厚
3. 技术问题尚未解决，应用少

测厚仪的调整与应用

1. 用测厚仪测厚前，要先校准仪器的下限和线性。仪器的测量下限要用一块厚度为下限的试块来校准。例如下限为1 mm的仪器要有一块1 mm厚的试块。调整时将探头对准该试块底面，使仪器显示厚度为1mm即可。仪器的线性要用厚度不同的试块来校正。调整时将探头分别对准厚度不同的试块底面，使仪器显示相应的试块厚度。
2. 选择测厚方法。首先要根据工件厚度情况和精度要求来选择探头。工件较薄时宜选用双晶探头或带延迟块探头，工件较厚时宜选用单晶探头。
3. 测量时先对工件进行表面处理。
4. 测厚时，探头放置要平稳、压力要适当。每个测试位置尽量在互相垂直的方向各测试一次。
5. 对于高温工件，要用高温探头和特殊耦合剂。
6. 对于管道中的沉积物，当沉积物声阻抗与工件相差不大时，要先用小锤敲击几下管壁后再测，以免误判。
7. 当使用水玻璃作为耦合剂时，用后要及时用湿布擦去探头表面的水玻璃，以免干结后不便清除，有时还会损坏探头。